类X-37B升力体再入飞行通信特性中断研究

针对再入非平衡等离子流场的数值仿真方法及等离子体鞘套对不同波段电磁波传输特性的预测开展研究。首先,利用某工程钝头体飞行器再入实测通信飞行测量数据,初步校验数值仿真等离子体特性和通信特性方法的正确性;其次,在典型弹道下针对升力体再入飞行器开展等离子体鞘套数值仿真,分别给出S波段、Ka波段与K波段电磁波衰减特性,研究指出结合当前国内中继星体制情况采用高频段电磁波Ka波段或K波段中继通信方式是解决通信黑障的技术途径之一;最后,研究了电磁波数衰减受传播方向角和攻角的影响规律。研究结果可为发展解决我国再入飞行器通信黑障的设计方案提供参考。     

等离子鞘套影响下的INS/GNSS组合导航技术研究

分析了再入飞行器高速飞行所面临的环境特点及等离子鞘套产生的原因,研究表明等离子鞘套的存在会造成电磁波的衰减,对于INS/GNSS组合导航会产生较大的影响,提出了通过INS/GNSS紧耦合方法提高复杂环境下组合导航抗干扰能力,经分析这一技术有效。     

再入等离子体流动及其电磁波传输效应研究

基于求解N-S方程的数值方法和求解波动方程的WKB方法,建立了高超声速再入等离子体流场及其对电磁波传输影响的计算分析手段。通过比较分析飞行条件下再入体周围等离子体分布及其对通信的影响,初步验证了计算分析方法的可行性。在对再入等离子体流场数值模拟的基础上,计算了不同频率电磁波在等离子体介质中的传输特性,分析了再入体壁面催化条件及等离子体碰撞频率等因素对不同频率电磁波传输特性的影响。研究表明:再入高度越高,壁面催化对等离子体分布及其电磁波传输的影响越大;当电磁波频率低于特征碰撞频率时,碰撞频率可对电磁波传输特性产生显著影响。     

降低电磁波在再入等离子体中衰减的仿真分析

对电磁波在再入等离子体中的衰减特性进行了分析。在不减少辐射口面处等离子体电 子总数的条件下,提出一种极化方向电子密度周期变化分布降低电磁波衰减的方法。对于电 子密度均匀分布与再入过程中实际分布的等离子体模型,采用发射与接收天线,对电磁波在 等离子体中的传播特性进行仿真。得到了电子密度均匀分布与周期变化时的电场分布图,分 别计算了电子密度均匀分布与实际分布时的电磁波衰减,对原分布与周期变化分布时产生的 电磁波衰减进行比较。仿真结果表明,极化方向电子密度的周期变化,可有效改善电磁波的 传播特性,使电磁波衰减降低。
     

等离子体鞘套对飞行器再入过程信号传播特性的影响分析

再入飞行器表面所形成的等离子体鞘套会对通信信号的传播产生影响,甚至形成通信黑障。文章从电磁波在等离子体中的传播理论出发,分析建立鞘套对电磁波吸收和反射的数学模型;并以数学模型为基础,编制面向对象的计算软件,考察影响通信信号传播特性的各种因素。结果表明,等离子体鞘套内的电子密度及其分布对通信信号的传播特性有重要影响,减小等离子体密度可显著降低信号的衰减。     

等离子体电磁信号多维度特征测量系统研究

为进一步研究等离子体鞘套特性及其对电磁波传输的影响,研制等离子体电磁信号多维度特征测量系统。系统可在地面实验环境中对高速目标等离子体下通信信号进行多维度特征测量,分析信号传输衰减、相位畸变等特性。系统完成Ka测控通信频段等离子体透射测量实验,验证多维度特征测量系统宽带测量、大动态微弱信号的检测能力。对采集的数据进行分析,初步验证等离子体对通信信号的衰减和相位特性的影响。     

太赫兹通信解决黑障问题的探讨与分析

从电磁波在等离子体中传输的机理出发,分析电磁波在等离子体中传输的衰减模型。以我国载人飞船为例,分析电磁波在等离子体中传输的衰减,指出采用太赫兹波段可以使衰减控制在3dB以下。为了解决太赫兹波在大气传输中损耗过大的问题,提出一种基于中继转发的太赫兹通信系统方案,并给出系统总体设计、频率选择和通视距离计算结果。指出系统设计的关键技术,给出相应的解决方法。最后,分析系统工程应用的主要难点。     

超声速稳定伞气动热数值仿真研究

超声速稳定伞能有效避免飞船返回舱姿态不确定性引起的主降落伞系统开伞故障,在多用途飞船缩比返回舱的再入过程中得到了应用。相比于亚声速开伞过程,稳定伞超声速开伞时会遇到强烈的气动加热问题。文章采用流固耦合方法模拟稳定伞超声速时充气的动态过程,利用气动热数值仿真方法对稳定伞在超声速段的气动加热情况开展研究,确定典型弹道下的伞船系统的流场环境以及稳定伞面热流、温度分布。该数值研究方法可为中国返回式航天器再入返回过程中的超声速稳定伞设计提供参考。     

载人飞船再入轨道和制导规律设计及六自由度弹道仿真

载人飞船再入轨道和再入制导规律设计是载人飞船成功返回的关键技术。文章综合介绍再入轨道设计方法，用变υ（t）来满足轨道设计的要求；研究了再入纵向制导纵向制导和侧向制导，用极大值原理确定纵向制导反馈增益系数，引入“漏斗式”的侧向制导，其制导效果良好；利用转移矩阵进行姿态控制可以解决欧拉角交边和奇异问题；对载人飞船返回再入段GNC一体化设计提出了迭代方法。     

载入飞船再入轨道和制导规律设计及六自由度弹道仿真

载人飞船再入轨道和再入制导规律设计是载人飞船成功返回的关键技术.文章综合介绍再入轨道设计方法,用变ν(t)来满足轨道设计的要求;研究了再入纵向制导和侧向制导,用极大值原理确定纵向制导反馈增益系数,引入"漏斗式"的侧向制导,其制导效果良好;利用转移矩阵进行姿态控制可以解决欧拉角交连和奇异问题;对载人飞船返回再入段GNC一体化设计提出了迭代方法.     

载人航天器的再入与回收

文中主要概述了美国载人飞船回收技术的发展,介绍了保证载人飞船安全返回着陆的方法、采用的回收控制技术、地面对再入返回段的测控支持、载人飞船的回收作业、载人飞船的应急返回和回收救援等技术问题。     

Optimal Control of a Spatial Turn of a Spacecraft with Minimal Loading of Construction

The problem of optimal control of a three-dimensional turn of a spacecraft is considered and solved. The turn is performed from an initial angular position into the required final angular position in a specified time and with a minimum value of the functional that represents the degree of loading of the construction. An analytical solution to the formulated problem is presented. It is demonstrated that the optimal (in this sense) control of the spacecraft reorientation can be determined in the class of a regular precession executed by the spacecraft. The instant when braking begins is determined based on the principles of terminal control using the actual kinematical parameters of the spacecraft motion, which substantially increases the accuracy of transferring the spacecraft to a specified position. Data of mathematical modeling are also presented that confirm the efficiency of the described method of controlling the spacecraft's three-dimensional turn.     

载人飞船全系数自适应再入升力控制

本文从控制角度分析载人飞船再入升力控制的特点，将全系数自适应控制方法应用于载人飞船的升力控制研究中，并就落点精度、最大过载、燃料消耗、姿态平稳性等几方面，同制导理论中经典的标准弹道升力控制、落点预报算法中的ＰＩＤ算法进行了仿真比较，证明了本文方法的优越性。     

A Technique for Estimating the Space Debris Density from the Data of Onboard Recording Systems

A three-dimensional mathematical model and a program complex for modeling the external effect of small-sized space debris particles on a spacecraft are developed. On the basis of the rectangular contributions method a new technique is developed for restoring the density of small-sized space debris from a small number of recorded debris collisions with recording sensors. From the form of the density function the total number of points having reached the spacecraft surface is restored. The comparative results of modeling are presented.     

飞行器再入姿态双环滑模控制及其逻辑选择

应用滑模控制设计了一种飞行器再入姿态控制方法,这个控制器应用两环的滑模控制方案,可以获得对角速度及角度的同时跟踪并具有较好的鲁棒性和解耦性能。针对飞行器再入姿态的动力面与反作用混合控制的特点,运用优化控制选择配置算法把控制力矩指令配置为末端受动器的控制指令,分别由动力面与反作用致动器执行。再入姿态仿真验证了该方法的精度、鲁棒性以及解耦的跟踪性能及有效性。     

再入航天器陶瓷拐角环防热计算与结构适用性分析

文章基于近地轨道及探月返回再入热环境,应用超高温陶瓷到再入航天器的典型防热结构,计算分析了再入过程中的防热结构温度场。利用温度场计算结果,再结合超高温陶瓷抗烧蚀性能以及结构设计与工艺性分析,就超高温陶瓷作为再入航天器防热结构的适用性进行了深入探讨。结果表明,由于超高温陶瓷的优良耐高温及耐烧蚀性能,在近地轨道及探月返回再入航天器防热结构上具有良好的应用前景。     

钝头型航天器再入通信黑障及对策研究

首先介绍了无线电波在等离子体环境中传播的基础理论,在此基础上分析和讨论了钝头型航天器再入时形成的等离子鞘套及相关通信黑障现象。从13个方面(包括近期和远期实现的可能性等)对多种减轻或消除黑障的设想和方法:包括高频、激光、高等效全向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power,EIRP)和品质因素(G/T值)、选择空气动力外形、亲电子材料、磁或电磁控制、中继等进行了全面的比较和评估。考虑到我国的空间基础设施和技术背景条件,利用中继法应是在近期可实现的工程技术解;而亲电子材料、磁或电磁控制法对解决各种等离子鞘套问题具有广阔的远期发展前景。文章的研究结果对我国今后的再入类航天器工程顶层构想具有参考意义。